Text: Sylvia Radisch-Siebert
Die Zahl der Photovoltaik-Anlagen, die in Dächer und Fassaden integriert sind, wächst – auch bei der Sanierung. Das wird die Architektur deutlich beeinflussen. Das heißt, die Planung und Ausschreibung von Photovoltaik-Anlagen wird in zunehmendem Maße auch von Architekturbüros vorgenommen. Da die Realisierung meist gewerkeübergreifend verläuft, nimmt außerdem der Koordinierungsaufwand zu. Zusätzlich sind technische Belange zu berücksichtigen, die das übliche Maß an gestalterischen und konstruktiven Überlegungen übersteigen. Damit die Einbindung der Photovoltaik in die Gebäudehülle gelingt, sollte jeder Architekt zumindest Grundkenntnisse über ihre Anwendungsbereiche und technisch-physikalische Hintergründe besitzen.
Lösungen für die Fassade
Ein beachtliches Potenzial für Photovoltaik stellen die Gebäudefassaden dar. Die Anordnung an vertikalen Flächen bringt zwar wegen des Einstrahlungswinkels nicht die maximalen Erträge, doch können die Fassadenelemente zusätzliche Funktionen übernehmen – unter anderem neben dem Witterungs-, Sonnen-, Schall- und Sichtschutz auch die elektromagnetische Abschirmung sowie die ästhetische Gestaltung. Am besten eignet sich eine vollflächige, hinterlüftete Kaltfassade mit südlicher Orientierung. Der Vorteil der Hinterlüftung ist, dass die hinter den Modulen entstehende Wärme abgeführt wird, damit der Wirkungsgrad der Anlage nicht sinkt. Für Wintergärten oder überdachte Glasatrien empfehlen sich semitransparente Module. Über den Grad der Transmission lässt sich der Lichteinfall variieren, so dass man in vielen Fällen auf einen außen liegenden Sonnenschutz verzichten kann.
Wichtig für die Planung
Für den Einbau einer Photovoltaik-Anlage in ein Gebäude kommt prinzipiell jeder Platz mit direkter Sonneneinstrahlung infrage. Wichtig ist die mögliche Ausrichtung der Module. Der maximale Ertrag wird in Mitteleuropa bei südorientierter Lage und mit einer Neigung von circa 35 Grad erzielt. Abweichungen von Ausrichtung und Neigung ziehen Ertragseinbußen nach sich, die mit entsprechenden Berechnungen simuliert werden können.
Auch Verschattung mindert die Leistung einer Photovoltaik-Anlage. Dafür genügen bereits geringe Verschattungen von einzelnen Modulen oder kleinen Teilflächen. Besonderes Augenmerk gilt hierbei der umgebenden Bebauung. Neben dem Bestand sollte man auch neu angelegte oder geplante Grünanlagen beachten, wo Büsche und Bäume noch wachsen. Die künftige Verschattungsfreiheit sollte sichergestellt sein.
Es empfiehlt sich auch, eine mögliche Selbstverschattung des Gebäudes zu untersuchen. Über Simulationen des Anlagenbetriebs lassen sich wichtige Eckdaten für die Planung gewinnen. Sie sind zwar in erster Linie für Fachingenieure konzipiert, ermöglichen es aber auch Architekten, sich intensiver mit der Planung von Photovoltaik-Anlagen auseinanderzusetzen. Ohnehin bietet sich bereits im frühen Entwurfsstadium die Zusammenarbeit mit einem Fachplaner an, um folgende Punkte zu klären:
- Analyse geeigneter Flächen in der Gebäudehülle
- Analyse der Verschattungssituation
- Zusammenstellung der elektrischen Systemtechnik
- Verschaltungs- und Verkabelungskonzept
- Beratung bei der Modulgestaltung, beim Modulaufbau sowie bei der Art der Montage
- Austauschbarkeit der Module im Fall eines Defektes
- Thermische Belastung der Module
- Elektrische Sicherheit und Brandschutz
Fehler bei der Aufdach-Montage
Bei der konstruktiven Einbindung der Solaranlage, die meist zeitgleich mit der Montage konventioneller Hüllelemente erfolgt, werden in der Regel auch die Module verkabelt. Die Kabelführung im Gebäude sollte zwischen dem Elektroinstallateur und den Gewerken für den Innenausbau rechtzeitig koordiniert werden.
Die einfachste Art der Moduleinbindung ist die sogenannte „Aufdach-Montage“, die sich nicht nur für Flachdächer, sondern auch für die Installation bei Neubau und Modernisierungen auf Steildächern eignet. Für die unterschiedlichen Dachbeläge gibt es eine Vielzahl von Befestigungsmöglichkeiten. Ein einfaches System für die Montage auf Ziegeldächern mit Pfannen basiert auf Dachhaken, die mit den Sparren verschraubt und zwischen den Ziegeln herausgeführt werden. An diese Dachhaken wird aus Längs- und/oder Querprofilen die Unterkonstruktion für das Generatorfeld montiert. Die meist gute Hinterlüftung ist eine günstige Voraussetzung für hohe Anlagenerträge. Doch bei Planung und Ausführung geschehen immer wieder Fehler. Die häufigsten betreffen:
- Tragfähigkeit der Konstruktion: Die Statik eines bestehenden Daches ist oft nicht für die Aufnahme zusätzlicher Lasten geeignet. Ohne weitere Prüfung werden häufig die Befestigungsabstände zu groß gewählt, Randabstände nicht eingehalten oder die Module über den First hinaus gebaut.
- Verwendung von verzinktem Stahl: Bei der Montage wird oft die Zinkschicht zerstört, so dass die Teile schnell zu rosten beginnen.
- Zerstörung der Ziegel: Die Last der Module wird über ihre Befestigungshaken auf die darunterliegenden Ziegel abgeleitet, wodurch diese langfristig zerstört werden. Liegen die Dachpfannen über dem Dachhaken, ist an der Unterseite der Dachpfanne eine Regennase auszufräsen, um den Dachhaken durchzuführen. Hierbei ist dafür zu sorgen, dass der Ziegel intakt und das Dach regendicht bleibt. Bei einer Biberschwanz-Deckung ist diese Lösung nicht möglich. Deshalb werden spezielle Blech-Elemente angeboten, die anstelle des Biberschwanz-Ziegels unter die Dachhaken montiert werden.
Dachintegrierte Lösungen
Aus architektonischer Sicht führt die Aufdach-Montage selten zu einem befriedigenden Ergebnis. Attraktiver ist es, die PV-Anlage in die Dachhaut zu integrieren. Besonders bei Dachsanierungen bietet sich die günstige Gelegenheit, die Module gleich als regenführende Schicht zu verwenden. Sofern nicht die gesamte Dachfläche belegt wird, ist auch die Kombination mit konventionellen Eindeckungen möglich. Optisch ansprechend sind vor allem rahmenlose Standard- oder maßgefertigte Glasmodule. Hierbei ist zu beachten: Die Regendichtigkeit kann in Gefällerichtung durch Überlappung der Module erreicht werden. In Horizontalrichtung sind Gummidichtungen oder eine Abwasserführung über das Profilsystem erforderlich. Bei dieser Art von Installation ist es notwendig, spezielle UV-beständige Unterspannbahnen zu verwenden. Für die Integrationen teiltransparenter Module in Lichtdächer haben sich Pfosten-Riegel-Systeme bewährt.
Sylvia Radisch-Siebert ist Sachverständige für Photovoltaik-Anlagen in Dresden.
